Pemesinan presisi adalah proses untuk menghilangkan material dari benda kerja sambil mempertahankan hasil akhir dengan toleransi yang ketat. Mesin presisi memiliki banyak jenis, termasuk mesin milling, turning, dan electrical discharge machining (EDM). Mesin presisi saat ini umumnya dikendalikan menggunakan Computer Numerical Controls (CNC).
Hampir semua produk logam menggunakan pemesinan presisi, begitu pula banyak material lain seperti plastik dan kayu. Mesin-mesin ini dioperasikan oleh teknisi mesin yang terlatih dan terspesialisasi. Agar alat potong dapat melakukan tugasnya, alat tersebut harus digerakkan ke arah yang ditentukan untuk menghasilkan potongan yang tepat. Gerakan utama ini disebut "kecepatan potong". Benda kerja juga dapat digerakkan, yang dikenal sebagai gerakan sekunder "umpan". Bersama-sama, gerakan-gerakan ini dan ketajaman alat potong memungkinkan mesin presisi untuk beroperasi.
Pemesinan presisi berkualitas membutuhkan kemampuan untuk mengikuti cetak biru yang sangat spesifik yang dibuat oleh program CAD (computer aided design) atau CAM (computer aided manufacturing) seperti AutoCAD dan TurboCAD. Perangkat lunak ini dapat membantu menghasilkan diagram atau garis besar 3 dimensi yang kompleks yang dibutuhkan untuk memproduksi alat, mesin, atau objek. Cetak biru ini harus dipatuhi dengan sangat detail untuk memastikan bahwa produk tetap utuh. Meskipun sebagian besar perusahaan pemesinan presisi bekerja dengan beberapa bentuk program CAD/CAM, mereka masih sering bekerja dengan sketsa yang digambar tangan pada tahap awal desain.
Pemesinan presisi digunakan pada sejumlah material termasuk baja, perunggu, grafit, kaca, dan plastik, untuk menyebutkan beberapa di antaranya. Tergantung pada ukuran proyek dan material yang akan digunakan, berbagai alat pemesinan presisi akan digunakan. Kombinasi apa pun dari mesin bubut, mesin penggiling, mesin bor, gergaji, dan mesin gerinda, bahkan robot berkecepatan tinggi dapat digunakan. Industri kedirgantaraan mungkin menggunakan pemesinan berkecepatan tinggi, sementara industri pembuatan alat pertukangan kayu mungkin menggunakan proses etsa fotokimia dan penggilingan. Produksi suatu barang, atau sejumlah barang tertentu, dapat berjumlah ribuan, atau hanya beberapa saja. Pemesinan presisi seringkali membutuhkan pemrograman perangkat CNC yang berarti perangkat tersebut dikendalikan secara numerik oleh komputer. Perangkat CNC memungkinkan dimensi yang tepat untuk diikuti selama proses produksi suatu produk.
Penggilingan adalah proses pemesinan menggunakan pemotong putar untuk menghilangkan material dari benda kerja dengan menggerakkan (atau memasukkan) pemotong ke dalam benda kerja pada arah tertentu. Pemotong juga dapat dipegang pada sudut relatif terhadap sumbu alat. Penggilingan mencakup berbagai macam operasi dan mesin yang berbeda, mulai dari skala bagian individual kecil hingga operasi penggilingan kelompok besar dan berat. Ini adalah salah satu proses yang paling umum digunakan untuk memproses bagian khusus dengan toleransi yang presisi.
Penggilingan dapat dilakukan dengan berbagai macam mesin perkakas. Kelas mesin perkakas asli untuk penggilingan adalah mesin penggiling (sering disebut mill). Setelah munculnya kontrol numerik komputer (CNC), mesin penggiling berevolusi menjadi pusat permesinan: mesin penggiling yang dilengkapi dengan pengubah alat otomatis, magasin atau carousel alat, kemampuan CNC, sistem pendingin, dan penutup. Pusat penggilingan umumnya diklasifikasikan sebagai pusat permesinan vertikal (VMC) atau pusat permesinan horizontal (HMC).
Integrasi proses penggilingan ke dalam lingkungan pembubutan, dan sebaliknya, dimulai dengan penggunaan perkakas aktif untuk mesin bubut dan penggunaan mesin penggilingan sesekali untuk operasi pembubutan. Hal ini mengarah pada kelas baru mesin perkakas, yaitu mesin multitasking (MTM), yang dirancang khusus untuk memfasilitasi penggilingan dan pembubutan dalam area kerja yang sama.
Bagi para insinyur desain, tim R&D, dan produsen yang bergantung pada pengadaan komponen, pemesinan CNC presisi memungkinkan pembuatan komponen kompleks tanpa pemrosesan tambahan. Bahkan, pemesinan CNC presisi seringkali memungkinkan pembuatan komponen jadi hanya dengan satu mesin.
Proses pemesinan menghilangkan material dan menggunakan berbagai macam alat potong untuk menciptakan desain akhir suatu bagian yang seringkali sangat kompleks. Tingkat presisi ditingkatkan melalui penggunaan kontrol numerik komputer (CNC), yang digunakan untuk mengotomatiskan kontrol alat pemesinan.
Peran "CNC" dalam pemesinan presisi
Dengan menggunakan instruksi pemrograman yang dikodekan, pemesinan CNC presisi memungkinkan benda kerja dipotong dan dibentuk sesuai spesifikasi tanpa campur tangan manual oleh operator mesin.
Dengan menggunakan model desain berbantuan komputer (CAD) yang disediakan oleh pelanggan, seorang ahli mesin menggunakan perangkat lunak manufaktur berbantuan komputer (CAM) untuk membuat instruksi pemesinan bagian tersebut. Berdasarkan model CAD, perangkat lunak menentukan jalur pahat apa yang dibutuhkan dan menghasilkan kode pemrograman yang memberi tahu mesin:
■ Berapa RPM dan laju umpan yang benar?
■ Kapan dan di mana alat dan/atau benda kerja harus dipindahkan
■ Seberapa dalam pemotongannya
■ Kapan harus mengaplikasikan cairan pendingin
■ Faktor-faktor lain yang terkait dengan kecepatan, laju umpan, dan koordinasi
Pengontrol CNC kemudian menggunakan kode pemrograman untuk mengontrol, mengotomatisasi, dan memantau pergerakan mesin.
Saat ini, CNC merupakan fitur bawaan dari berbagai macam peralatan, mulai dari mesin bubut, mesin frais, dan mesin router hingga mesin pemotong kawat EDM (electrical discharge machining), laser, dan plasma. Selain mengotomatiskan proses pemesinan dan meningkatkan presisi, CNC menghilangkan tugas manual dan membebaskan operator mesin untuk mengawasi beberapa mesin yang beroperasi secara bersamaan.
Selain itu, setelah jalur pahat dirancang dan mesin diprogram, mesin dapat menjalankan suatu bagian berkali-kali. Hal ini memberikan tingkat presisi dan pengulangan yang tinggi, yang pada gilirannya membuat proses tersebut sangat hemat biaya dan mudah diskalakan.
Bahan yang diolah dengan mesin
Beberapa logam yang umum diolah dengan mesin meliputi aluminium, kuningan, perunggu, tembaga, baja, titanium, dan seng. Selain itu, kayu, busa, fiberglass, dan plastik seperti polipropilen juga dapat diolah dengan mesin.
Pada kenyataannya, hampir semua material dapat digunakan dengan pemesinan CNC presisi — tentu saja, tergantung pada aplikasi dan persyaratannya.
Beberapa keunggulan pemesinan CNC presisi
Untuk banyak bagian dan komponen kecil yang digunakan dalam berbagai macam produk manufaktur, pemesinan CNC presisi seringkali menjadi metode fabrikasi pilihan.
Seperti halnya hampir semua metode pemotongan dan pemesinan, material yang berbeda memiliki perilaku yang berbeda pula, dan ukuran serta bentuk komponen juga sangat memengaruhi prosesnya. Namun, secara umum proses pemesinan CNC presisi menawarkan keunggulan dibandingkan metode pemesinan lainnya.
Hal itu karena permesinan CNC mampu menghasilkan:
■ Tingkat kompleksitas komponen yang tinggi
■ Toleransi ketat, biasanya berkisar antara ±0,0002" (±0,00508 mm) hingga ±0,0005" (±0,0127 mm)
■ Hasil akhir permukaan yang sangat halus, termasuk hasil akhir sesuai pesanan.
■ Kemampuan pengulangan, bahkan pada volume tinggi
Meskipun seorang teknisi mesin yang terampil dapat menggunakan mesin bubut manual untuk membuat suku cadang berkualitas dalam jumlah 10 atau 100 unit, apa yang terjadi ketika Anda membutuhkan 1.000 suku cadang? 10.000 suku cadang? 100.000 atau satu juta suku cadang?
Dengan pemesinan CNC presisi, Anda bisa mendapatkan skalabilitas dan kecepatan yang dibutuhkan untuk jenis produksi volume tinggi ini. Selain itu, pengulangan yang tinggi dari pemesinan CNC presisi memberi Anda komponen yang semuanya sama dari awal hingga akhir, tidak peduli berapa banyak komponen yang Anda produksi.
Terdapat beberapa metode permesinan CNC yang sangat khusus, termasuk wire EDM (electrical discharge machining), permesinan aditif, dan pencetakan laser 3D. Misalnya, wire EDM menggunakan material konduktif — biasanya logam — dan lucutan listrik untuk mengikis benda kerja menjadi bentuk-bentuk yang rumit.
Namun, di sini kita akan fokus pada proses penggilingan dan pembubutan — dua metode pengurangan yang tersedia secara luas dan sering digunakan untuk pemesinan CNC presisi.
Penggilingan vs. pembubutan
Penggilingan adalah proses pemesinan yang menggunakan alat potong silindris yang berputar untuk menghilangkan material dan membuat bentuk. Peralatan penggilingan, yang dikenal sebagai mesin penggiling atau pusat pemesinan, mampu mengerjakan berbagai macam geometri bagian yang kompleks pada beberapa objek logam terbesar yang diproses.
Salah satu karakteristik penting dari proses penggilingan adalah benda kerja tetap diam sementara alat potong berputar. Dengan kata lain, pada mesin penggiling, alat potong yang berputar bergerak mengelilingi benda kerja, yang tetap berada di tempatnya pada alas mesin.
Pembubutan adalah proses memotong atau membentuk benda kerja pada peralatan yang disebut mesin bubut. Biasanya, mesin bubut memutar benda kerja pada sumbu vertikal atau horizontal sementara alat potong tetap (yang mungkin berputar atau tidak) bergerak sepanjang sumbu yang diprogram.
Alat tersebut secara fisik tidak dapat mengelilingi bagian tersebut. Material berputar, memungkinkan alat untuk melakukan operasi yang diprogram. (Terdapat sebagian kecil mesin bubut di mana alat berputar mengelilingi kawat yang diumpankan dari gulungan, namun hal itu tidak dibahas di sini.)
Pada proses pembubutan, tidak seperti penggilingan, benda kerja berputar. Bahan baku berputar pada spindel mesin bubut dan alat potong bersentuhan dengan benda kerja.
Pemesinan manual vs. CNC
Meskipun mesin penggiling dan mesin bubut tersedia dalam model manual, mesin CNC lebih tepat untuk keperluan pembuatan komponen kecil — menawarkan skalabilitas dan pengulangan untuk aplikasi yang membutuhkan produksi volume tinggi komponen dengan toleransi ketat.
Selain menawarkan mesin 2 sumbu sederhana di mana alat bergerak pada sumbu X dan Z, peralatan CNC presisi mencakup model multi-sumbu di mana benda kerja juga dapat bergerak. Ini berbeda dengan mesin bubut di mana benda kerja terbatas pada putaran dan alat akan bergerak untuk menciptakan geometri yang diinginkan.
Konfigurasi multi-sumbu ini memungkinkan produksi geometri yang lebih kompleks dalam satu operasi, tanpa memerlukan pekerjaan tambahan dari operator mesin. Hal ini tidak hanya mempermudah produksi komponen kompleks, tetapi juga mengurangi atau menghilangkan kemungkinan kesalahan operator.
Selain itu, penggunaan cairan pendingin bertekanan tinggi dengan pemesinan CNC presisi memastikan bahwa serpihan tidak masuk ke dalam benda kerja, bahkan saat menggunakan mesin dengan spindel yang berorientasi vertikal.
Mesin penggiling CNC
Mesin milling yang berbeda memiliki ukuran, konfigurasi sumbu, kecepatan umpan, kecepatan pemotongan, arah umpan milling, dan karakteristik lainnya yang berbeda-beda.
Namun, secara umum, semua mesin penggiling CNC menggunakan spindel berputar untuk memotong material yang tidak diinginkan. Mesin ini digunakan untuk memotong logam keras seperti baja dan titanium, tetapi juga dapat digunakan untuk material seperti plastik dan aluminium.
Mesin milling CNC dirancang untuk pengulangan yang presisi dan dapat digunakan untuk segala hal, mulai dari pembuatan prototipe hingga produksi volume tinggi. Mesin milling CNC presisi kelas atas sering digunakan untuk pekerjaan dengan toleransi ketat seperti penggilingan cetakan dan khuôn halus.
Meskipun penggilingan CNC dapat menghasilkan waktu pengerjaan yang cepat, penyelesaian akhir setelah penggilingan menghasilkan komponen dengan bekas pahat yang terlihat. Proses ini juga dapat menghasilkan komponen dengan beberapa tepi tajam dan gerigi, sehingga proses tambahan mungkin diperlukan jika tepi dan gerigi tersebut tidak dapat diterima untuk fitur-fitur tersebut.
Tentu saja, alat penghalus yang diprogram ke dalam urutan tersebut akan melakukan penghalusan, meskipun biasanya hanya mencapai maksimal 90% dari persyaratan akhir, menyisakan beberapa fitur untuk penyelesaian akhir secara manual.
Sedangkan untuk penyelesaian permukaan, ada alat yang tidak hanya menghasilkan penyelesaian permukaan yang dapat diterima, tetapi juga penyelesaian seperti cermin pada sebagian produk kerja.
Jenis-jenis mesin penggiling CNC
Dua jenis dasar mesin penggilingan dikenal sebagai pusat pemesinan vertikal dan pusat pemesinan horizontal, di mana perbedaan utamanya terletak pada orientasi spindel mesin.
Pusat permesinan vertikal adalah mesin penggilingan di mana sumbu spindel sejajar dengan arah sumbu Z. Mesin vertikal ini dapat dibagi lagi menjadi dua jenis:
■Mesin penggiling tipe bed, di mana spindel bergerak sejajar dengan sumbunya sendiri sementara meja bergerak tegak lurus terhadap sumbu spindel.
■Mesin penggilingan turret, di mana spindel tetap diam dan meja digerakkan sehingga selalu tegak lurus dan sejajar dengan sumbu spindel selama operasi pemotongan.
Pada mesin perkakas horizontal, sumbu spindel mesin penggiling sejajar dengan sumbu Y. Struktur horizontal berarti mesin penggiling ini cenderung membutuhkan lebih banyak ruang di lantai bengkel; mesin ini juga umumnya lebih berat dan lebih bertenaga daripada mesin vertikal.
Mesin milling horizontal sering digunakan ketika dibutuhkan hasil akhir permukaan yang lebih baik; hal ini karena orientasi spindel berarti serpihan hasil pemotongan secara alami terlepas dan mudah dibersihkan. (Sebagai manfaat tambahan, pembuangan serpihan yang efisien membantu meningkatkan masa pakai alat.)
Secara umum, mesin perkakas vertikal lebih banyak digunakan karena memiliki daya yang setara dengan mesin perkakas horizontal dan dapat menangani komponen yang sangat kecil. Selain itu, mesin perkakas vertikal memiliki ukuran yang lebih ringkas dibandingkan mesin perkakas horizontal.
Mesin penggiling CNC multi-sumbu
Mesin milling CNC presisi tersedia dengan banyak sumbu. Mesin milling 3 sumbu menggunakan sumbu X, Y, dan Z untuk berbagai macam pekerjaan. Dengan mesin milling 4 sumbu, mesin dapat berputar pada sumbu vertikal dan horizontal serta menggerakkan benda kerja untuk memungkinkan pemesinan yang lebih kontinu.
Mesin milling 5 sumbu memiliki tiga sumbu tradisional dan dua sumbu putar tambahan, yang memungkinkan benda kerja diputar saat kepala spindel bergerak mengelilinginya. Hal ini memungkinkan lima sisi benda kerja untuk dikerjakan tanpa perlu melepas benda kerja dan mengatur ulang mesin.
Mesin bubut CNC
Mesin bubut — juga disebut pusat pembubutan — memiliki satu atau lebih spindel, dan sumbu X dan Z. Mesin ini digunakan untuk memutar benda kerja pada porosnya untuk melakukan berbagai operasi pemotongan dan pembentukan, dengan menerapkan berbagai macam alat pada benda kerja.
Mesin bubut CNC, yang juga disebut mesin bubut perkakas aksi langsung, ideal untuk membuat bagian silindris atau bulat simetris. Seperti mesin penggiling CNC, mesin bubut CNC dapat menangani operasi yang lebih kecil seperti pembuatan prototipe, tetapi juga dapat diatur untuk pengulangan yang tinggi, mendukung produksi volume tinggi.
Mesin bubut CNC juga dapat diatur untuk produksi yang relatif tanpa campur tangan manusia, sehingga banyak digunakan di industri otomotif, elektronik, kedirgantaraan, robotika, dan perangkat medis.
Cara kerja mesin bubut CNC
Pada mesin bubut CNC, batang bahan baku dimasukkan ke dalam chuck spindel mesin bubut. Chuck ini menahan benda kerja di tempatnya sementara spindel berputar. Ketika spindel mencapai kecepatan yang dibutuhkan, alat potong stasioner akan bersentuhan dengan benda kerja untuk menghilangkan material dan mencapai geometri yang tepat.
Mesin bubut CNC dapat melakukan sejumlah operasi, seperti pengeboran, pembuatan ulir, pembubutan lubang, pelebaran lubang, perataan permukaan, dan pembubutan tirus. Operasi yang berbeda memerlukan penggantian alat dan dapat meningkatkan biaya serta waktu penyiapan.
Setelah semua operasi pemesinan yang diperlukan selesai, bagian tersebut dipotong dari bahan baku untuk diproses lebih lanjut, jika diperlukan. Mesin bubut CNC kemudian siap untuk mengulangi operasi tersebut, dengan sedikit atau tanpa waktu pengaturan tambahan yang biasanya diperlukan di antaranya.
Mesin bubut CNC juga dapat mengakomodasi berbagai pengumpan batang otomatis, yang mengurangi jumlah penanganan bahan baku secara manual dan memberikan keuntungan seperti berikut:
■ Mengurangi waktu dan tenaga yang dibutuhkan operator mesin
■ Dukung batang material untuk mengurangi getaran yang dapat berdampak negatif pada presisi.
■ Biarkan mesin perkakas beroperasi pada kecepatan spindel optimal
■ Minimalkan waktu peralihan
■ Mengurangi pemborosan material
Jenis-jenis mesin bubut CNC
Terdapat sejumlah jenis mesin bubut yang berbeda, tetapi yang paling umum adalah mesin bubut CNC 2 sumbu dan mesin bubut otomatis gaya Tiongkok.
Sebagian besar mesin bubut CNC buatan China menggunakan satu atau dua spindel utama ditambah satu atau dua spindel belakang (atau sekunder), dengan transfer putar yang bertanggung jawab atas spindel utama. Spindel utama melakukan operasi pemesinan utama, dengan bantuan bushing pemandu.
Selain itu, beberapa mesin bubut bergaya Tiongkok dilengkapi dengan kepala alat kedua yang beroperasi sebagai mesin penggiling CNC.
Dengan mesin bubut otomatis CNC ala Tiongkok, bahan baku dimasukkan melalui spindel kepala geser ke dalam bushing pemandu. Hal ini memungkinkan pahat untuk memotong material lebih dekat ke titik di mana material tersebut ditopang, sehingga mesin ala Tiongkok sangat bermanfaat untuk bagian-bagian yang dibubut panjang dan ramping serta untuk pengerjaan mikro.
Mesin bubut CNC multi-sumbu dan mesin bubut gaya China dapat melakukan berbagai operasi pemesinan menggunakan satu mesin. Hal ini menjadikannya pilihan yang hemat biaya untuk geometri kompleks yang jika tidak menggunakan mesin seperti mesin penggiling CNC tradisional akan memerlukan beberapa mesin atau penggantian alat.